Applicazioni
L’estrusore è una macchina industriale impiegata nella trasformazione continua di materiali termoplastici, convertendoli da stato solido a fuso generando un flusso omogeneo di materiale plastificato. Il processo di estrusione è presente in più fasi della vita utile della plastica e della gomma: dalla polimerizzazione, alla miscelazione per creare pellet con caratteristiche specifiche, fino alla modellazione del prodotto finale.
Esigenze:
Valorizzazione dei dati di produzione
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Controllo del processo di estrusione
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Termoregolazione
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Misura della temperatura di melt
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Controllo della portata con pompa di melt
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Rilevazione filtro sporco
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Esigenza:
Valorizzazione dei dati di produzione
Soluzione:
Esigenza:
Controllo del processo di estrusione
Il processo di estrusione richiede un bilanciamento continuo tra variabili interdipendenti: velocità di rotazione della vite, temperatura su più zone, pressione del polimero fuso e sincronizzazione con attuatori ausiliari. Il sistema di controllo deve essere in grado di gestire ricette complesse, supportare variazioni rapide nei materiali, offrire diagnostica integrata e fornire una risposta rapida in caso di deviazioni.
Soluzione:
G-Mation è la piattaforma per il controllo completo, sincrono e integrato del processo di estrusione. Il cuore del sistema è rappresentato dalla CPU G-Mation P6, affiancata dai moduli remoti G3 con comunicazione su bus EtherCAT. Il controllo termico è affidato a regolatori PID integrati, così come la gestione degli azionamenti, che non richiede l’impiego di gateway esterni. L’interfaccia utente è gestita tramite webserver integrato e visualizzata attraverso i pannelli browser G-Mation W55, che permettono la proiezione di dashboard personalizzabili.
Principali caratteristiche della Piattaforma:
- Template applicativi preconfigurati e customizzabili
- Tecnologia Docker per l’installazione di applicativi come dashboard IoT, manutenzione predittiva o integrazione con sistemi MES ed ERP
- Architettura aperta e predisposta per l’edge computing
Esigenza:
Termoregolazione
Un comportamento reologico stabile e la conseguente costanza dimensionale dell’estruso si ottengono grazie a una corretta termoregolazione. È fondamentale garantire la stabilità termica in queste zone, affinché il sistema possa rispondere rapidamente alle variazioni di carico termico o di processo, evitando potenziali difetti (instabilità superficiali, variazioni di spessore o alterazioni nella qualità ottica del prodotto).
Soluzione:
La tecnologia Gefran per il controllo termico degli estrusori si basa su relè statici, regolatori PID e termocoppie:
- Ogni resistenza è gestita in anello chiuso tramite regolazione PID, integrata nel PLC o affidata a controllori dedicati come il 1250, che consente di mantenere la temperatura del melt entro ±0,5 °C dal setpoint, garantendo viscosità costante e assenza di difetti superficiali o dimensionali
- Il relè statico GRP-H, compatto e con dissipatore integrato, assicura un controllo preciso della corrente fino a 120 A. La comunicazione IO-Link permette poi di ridurre le schede I/O, grazie alla gestione integrata di comandi, allarmi e corrente assorbita
La soluzione è scalabile e compatibile con PID integrati nei PLC o su moduli remoti. Funzioni di memorizzazione delle ricette e storicizzazione dei trend supportano cambi produzione rapidi e miglioramento continuo della qualità.
Esigenza:
Misura della temperatura di melt
La temperatura reale del polimero fuso è un parametro critico nel processo di estrusione, in quanto influisce direttamente sulla viscosità del polimero e sulle sue caratteristiche finali, sia meccaniche che ottiche. Misurare la temperatura a contatto diretto con il fuso, piuttosto che limitarla alla superficie del cilindro, consente di ottenere una rappresentazione più fedele delle condizioni reali del materiale offrendo un vantaggio significativo in termini di controllo reologico.
Gefran propone i sensori di temperatura specificamente progettati con guaina protettiva in acciaio inox o altri materiali compatibili con il tipo di polimero (es. Hastelloy per polimeri corrosivi) per la misura diretta del fuso, con due tecnologie di termocoppia:
- Tipo K (NiCr-NiAl) sono le più diffuse per l’estrusione: operano fino a 850°C, offrono una risposta rapida e sono adatte per la maggior parte dei polimeri tecnici.
- Tipo J (Fe-CuNi) sono indicate per temperature leggermente inferiori (fino a 400°C) e per ambienti meno aggressivi.
I sensori TCM/TRM possono essere installati indipendentemente oppure integrati in combinazione con i sensori di pressione melt, in configurazione compatta, per ridurre lo spazio e semplificare il cablaggio.
Esigenza:
Controllo della portata con pompa di melt
In alcune applicazioni specifiche come tubi, profili di precisione o lastre è necessario garantire una portata costante del melt, indipendentemente dalle variazioni della pressione nella vite. La pompa di melt agisce come elemento di stabilizzazione tra l’estrusore e la testa. La pompa è regolata tramite controllo ad anello chiuso, basato su letture di pressione a monte e a valle. Questo consente anche il disaccoppiamento dinamico tra vite e uscita finale.
Soluzione:
Gefran impiega due sensori MELT ad alta precisione (a monte e valle della pompa) per regolare la velocità della pompa e mantenere stabile la pressione e costante la portata del polimero fuso. I sensori di pressione Melt serie Impact sono ideali per ambienti critici e integrazione in logiche di sicurezza:
- Progettati con membrana rinforzata, elemento sensibile piezoresistivo e senza fluido di trasmissione.
- Stabilità termica inferiore all’1% FS tra 20 e 350 °C, perfetti anche per polimeri rigenerati o abrasivi.
- La certificazione PLc e l’uscita elettrica migliorano sicurezza e affidabilità, mentre l’assenza di fluido interno rende il sensore idoneo anche per applicazioni medicali e alimentari.
Esigenza:
Rilevazione filtro sporco
Il filtro protegge la matrice da impurità presenti nel polimero fuso ed evita che le stesse rimangano nel manufatto, il filtro pertanto tende progressivamente ad intasarsi, soprattutto nei processi di riciclo. L’intasamento aumenta la pressione a monte e può compromettere la qualità del prodotto o danneggiare la linea. La misura in continuo della pressione prima e dopo il filtro consente di calcolare il differenziale di pressione e attivare allarmi per guidare l’operatore a un intervento manuale o avviare sistemi automatici di cambio filtro.
Soluzione:
Gefran propone il sensore Impact per il monitoraggio preciso e affidabile della pressione a monte e valle del filtro, ideale per alte temperature (fino a 350 °C) e ambienti gravosi come il recycling e la lavorazione di polimeri caricati.
Caratteristiche principali:
- Membrana spessa fino a 15 volte rispetto ai sensori tradizionali, senza fluido di trasmissione interno, che trasferisce direttamente la pressione al chip sensibile in silicio.
- Elevata resistenza all’usura e agli shock dinamici, stabilità termica inferiore all’1% FS da 20°C a 350°C.
- Versione IEPLc con uscita elettrica e certificazione PLc, per integrazione in sistemi di controllo sicurezza e configurazione di allarmi certificati.
Principio di funzionamento
Il materiale plastico viene introdotto attraverso una tramoggia, che dosa la materia prima.
All’interno dell’estrusore si trova un cilindro (o “barrel”) al cui interno ruota una vite (o più viti, nel caso di estrusori bivite) che svolge tre funzioni fondamentali: trasporto del materiale, fusione per effetto combinato di attrito e calore e omogeneizzazione del materiale fuso.
La vite è suddivisa in zone funzionali (alimentazione, compressione, dosaggio), ognuna con geometrie ottimizzate per modulare pressione, temperatura e viscosità del materiale durante il processo.
Il calore necessario alla fusione è fornito sia da resistenze elettriche esterne al cilindro, sia dall’energia meccanica generata dallo sforzo di taglio interno alla massa.
Il processo avviene seguendo ricette specifiche, cioè sequenze predefinite di materiali e parametri di lavorazione, adattate alle caratteristiche richieste dal prodotto finale.
Infine, il materiale plastificato viene spinto verso l’estremità del cilindro, dove attraversa una testa di estrusione dotata di una matrice sagomata, che conferisce al flusso plastico la forma desiderata (vedi Estrusore Testa Piana ed Estrusore Film Bolla).
Esigenze e Tecnologia
Il processo di estrusione richiede un controllo centralizzato e sincronizzato di variabili interdipendenti come velocità vite, temperatura e pressione del melt, al fine di garantire stabilità al processo, qualità reologica al prodotto ed efficienza operativa. È essenziale mantenere una termoregolazione precisa su ogni zona di riscaldamento per assicurare la viscosità corretta e ridurre difetti superficiali o dimensionali. La misura accurata della temperatura del melt, tramite sonde a immersione diretta, è fondamentale per ottenere una rappresentazione reale delle condizioni del materiale. Inoltre, il controllo della portata tramite pompa di melt e la rilevazione tempestiva del filtro sporco permettono di stabilizzare il processo e prevenire anomalie.
Altri fattori critici nel controllo del processo includono:
- Integrazione di logiche di sicurezza certificate
- Resistenza dei componenti a materiali caricati o riciclati
- Monitoraggio continuo delle proprietà reologiche con reometri
Gefran offre una gamma completa di piattaforme di controllo, sensori di pressione e temperatura Melt e soluzioni modulari, facilmente integrabili in qualsiasi impianto, per garantire efficienza, sicurezza e qualità costante nel processo di estrusione.
